Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
Глава 1. Структура и свойства фуллеренов 10
1.1. Понятие фуллереновой частицы 10
1.2. История открытия фуллереновой частицы 10
1.3. Структурные свойства фуллерена 11
1.4. Синтез фуллеренов 14
1.5. Физические свойства и прикладное значение фуллерена 15
Глава 2. Модели взаимодействия двух фуллеренов 17
2.1. Потенциал Леннард-Джонса 17
2.2. Начальная условия эксперимента 18
2.3. Расстояние между атомами 18
2.4. Сила Леннард-Джонса 19
2.5. Динамика вращения фуллеренов 20
Глава 3. Численное моделирование 25
3.1. Схема численного интегрирования 25
3.2. Схема Рунге-Кутты 27
Глава 4. Описание полученных результатов численного моделирования 29
4.1. Описание полученных результатов двух фуллеренов С60 29
4.2. Описание полученных результатов двух фуллеренов С80 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Листинг программы численного решения (C++) 45
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Координаты атомов фуллерена С60 67
ПРИЛОЖЕНИЕ С. Координаты атомов фуллерена С80 69
Актуальность темы исследования. Исследование динамики взаимодействия двух фуллеренов, движущихся по параллельным траекториям, представляет значительный научный интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. В последние десятилетия углеродные наноструктуры, в частности фуллерены, стали объектом пристального внимания исследователей благодаря их уникальным физико¬химическим свойствам и перспективам применения в нанотехнологиях. Особую актуальность приобретает изучение механизмов перехода системы двух фуллеренов из двумерного в трехмерное состояние движения, поскольку этот процесс лежит в основе понимания более сложных явлений.
Актуальность представленного исследования подтверждается растущим спросом на фундаментальные знания о механизмах межмолекулярных взаимодействий в наносистемах. Результаты работы открывают новые перспективы как для дальнейших теоретических изысканий в области молекулярной динамики, так и для прикладных разработок в сфере медицины, нанотехнологий и материаловедения. Полученные выводы могут быть использованы при проектировании наноустройств нового поколения, где критически важным является точное управление положением и ориентацией отдельных молекулярных компонентов.
Открытая в середине 90-х годов новая аллотропная форма углерода - фуллерены - привлекла к себе значительное внимание исследователей. Изучение фуллеренов привело к обнаружению у них необычных механических, электрохимических и оптических свойств, которые сделали фуллерены не только интересным объектом для фундаментальных исследований, но и перспективным материалом для практического использования. Фуллерены и материалы на их основе могут найти применение в самых различных отраслях. Например, в медицине предполагается использование фуллеренов для транспортировки лекарств непосредственно к месту их применения.
Углерод является основой в структуре всех органических объектов, т.е. и всего живого на Земле. Материалы на основе углерода широко применяются в жизни человека, в электронике, оптике, а в последние годы углерод стал одним из основных элементов в новой, перспективной науке - нанотехнологии.
Степень разработанности темы исследования. Использование углов Эйлера динамических кинематических уравнений Эйлера и
кватернионов Гамильтона является очень сложной вычислительной технологией изучения спиновых состояний крупных углеродных молекул. Вместо этого сотрудниками кафедры теоретической механики предложен простой координатный способ исследования вращений молекулярных тел. Теперь его необходимо использовать в различных ситуациях.
Цель и задачи исследования. Цель работы - Рассчитать характер взаимодействия двух фуллеренов на основе модели атом-атомных взаимодействий.
Задачи:
1. Проведение обзора литературы по фуллеренами и их физическими свойствами;
2. Построение математической модели двух взаимодействующих фуллеренов;
3. Проведение численных расчетов по построенной математической модели;
4. Описание полученных результатов моделирования;
Объект и предмет исследования. Объектом исследования данной магистерской диссертации является движение молекул фуллеренов С60 и С80. Предметом исследования являются особенности движения двух взаимодействующих углеродных молекул.
Методы исследования. Элементами конструирования выбраны молекулы фуллеренов С60 и С80. Для описания вращательного движения атомов фуллеренов применен подход апеллирующий к полному тензору инерции. Взаимодействие двух фуллеренов определяются на основе суммарных атом-атомных взаимодействий для которых справедлив потенциал Леннарда-Джонса.
Новизна и практическая значимость. Настоящая диссертационная работа направлена на разработку элементов методики расчета получить переход плоского движения в пространственное траектории движения двух одинаковых или разлечающихся фуллеренов. Автором совместно с научным руководителем была осуществлена численная реализация математической модели взаимодействия двух крупных углеродных молекул, также определены частоты вращения фуллеренов.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четверых глав, заключения, списка использованных источников, приложений описания программирования и координат.
Построена молекулярно-динамическая модель движения крупных углеродных молекул.
Переходы фуллеренов от плоских траекторий движения к пространственному движению и образование кинематических пар были рассмотрены в расчете получены.
Преобразование кинетической энергии продвижения в кинетическую энергию вращения посредством дистанционного взаимодействия фуллеренов друг с другом было доказано расчетным образом.
После единичного столкновения было зафиксировано мгновенное изменение траектории фуллеренов с преимущественной ориентацией вдоль оси Z.
Исследование проверено с двумя разными фуллеренами.
